CN1100531A - 电子照相装置 - Google Patents

Abstract

一种可用小型感光鼓形成优质图像的电子照相 装置。感光鼓面周长小于转鼓方向图像长之半，转鼓 多次才形成一张图像。在此过程中，首次转鼓的放电 后剩余电位等于或小于10％的充电表面电位，末次 转鼓放电后剩余电位的升高小于30％。

Description

本发明涉及一种采用有机单层感光鼓的电子照相装置。更明确地说，本发明涉及一种可用小口径感光鼓形成优质图像的电子照相装置。

电子照相用的商品感光材料有硒、非结晶硅（a-Si）和有机物等三种。从灵敏度、成本等的综合观点出发，其中有机感光材料广泛用于诸如个人复印之类的场合。

在许多情况下，有机感光材料做成分隔型，即电荷生成层（CCL）和电荷迁移层（CTL）相互叠置的叠层型。还进一步采用了电荷生成物质扩散于电荷迁移媒体的单层扩散型有机感光材料。通过减小感光鼓所占体积（即减小感光鼓尺寸），可有效减小电子照相装置的体积。然而，感光鼓直径减小时，转鼓多次才形成一张图像，即必须对感光鼓的多次转动进行成像所需的均匀充电、图像曝光、显像、传送、清理和放电等步骤。

然而，发现多次转动有机单层感光鼓来形成一张图像时，图像黑度随鼓的旋转次数逐步降低。虽然这种逐步降低的程度不大，但即便用肉眼也能看出复印件黑度的变化。这种变化在图像的连续部分出现时相当清楚，迫切需要解决此问题。尤其是上述有机单层感光鼓和a-Si感光鼓多次重复成像周期时，由于暗衰减，其显像部分的表面电位大为降低，从而导致图像黑度下降很大。

因此，本发明的目的是提供一种采用小口径感光鼓且多次转鼓成像的电子照相装置，但其中转鼓次数造成的图像黑度逐步下降被抑制，结果所得图像黑度和质量都均匀。

本发明的另一目的是提供一种电子照相装置，但其中即使用上述感光材料重复多次成像周期后，也将暗衰减增大所造成的表面电位降低抑制到很小，而且呈现优越的抗磨损性。

根据本发明，提供一种使感光鼓接受充电，图像曝光和放电后而成像的电子照相装置，其中感光鼓外径小，鼓面周长小于转鼓方向图像长度之半，感光鼓与成像周期的相互关系是该鼓旋转多次后形成一张图像，而且安排放电量，使形成一张图像，第一次旋转放电后表面剩余电位等于或小于10%的充电表面电位，最后一次旋转放电后该剩余电位的升高小于30%。

图1为说明电子照相处理中感光材料表面电位状态的曲线图。

图2的图形说明在比较例1条件下用图4所示测量设备测得的感光鼓表面电位与曝光放电后表面电位之间的关系。

图3的图形说明在例1条件下用图4所示测量设备测得的感光鼓表面电位与曝光放电后表面电位之间的关系。

图4为测量设备布局说明简图。

图5为实验原理说明电路简图。

图6为用图5的电路改变偏压时，在Icc等于100μA的情况下，电流Isc和Ipc的变化说明图。

图7为用图5的电路改变偏压时，在Icc等于200μA的情况下，电流Isc和Ipc的变化说明图。

图8为用图5的电路改变偏压时，在Icc等于300μA的情况下，电流Isc和Ipc的变化说明图。

图9为用图5的电路改变偏压时，在Icc等于400μA的情况下，电流Isc和Ipc的变化说明图。

图10为用图5的电路改变偏压时，在Icc等于500μA的情况下，电流Isc和Ipc的变化说明图。

图11为用电刷改变放电时所加偏压的同时，用正充电型有机单层感光材料测得的充电电位和放电后剩余电位的变化说明图。

图12为本发明一电子照相复印装置（即曝光放电型复印装置）的布局说明简图。

图13为本发明另一电子照相复印装置（即接触放电型复印装置）的布局说明简图。

图14为实例所用感光鼓光谱灵敏度曲线。

图15为实例所用感光鼓曝光量与表面电位之间关系的说明图。

图16为图15测量中所用滤光器的光谱特性曲线。

图中标号含义如下：

1.正充电型有机感光鼓;

2.正电晕充电机构;

3.表面电位探测头;

4.曝光/放电机构;

5.放电后剩余电位探测头;

6.感光鼓;

7.钨丝;

8.屏蔽壳;

9.电晕充电器;

10.高压发生器;

11.偏压电源。

本发明者发现在利用小口径感光鼓多次旋转来形成一张图像时，感光鼓表面电位的逐步下降造成图像黑度随转鼓次数逐步降低。

发明者还进一步研究感光鼓表面电位逐步下降与转鼓次数相对应的情况，并发现该电位下降与充电前感光鼓表面的剩余电位密切相关。

参阅图1，该图说明电子照相处理中感光材料表面电压的状态，纵座标代表感光材料表面电位，横座标代表相对于各处理步骤的时间。

首先，在充电开始时，感光材料表面电位达到饱和电位V_S，而充电截止后，暗衰减造成该电位下降。在曝光开始时，表面电位按照感光材的感光特性，突然降到亮部L，但暗部D的表面电位随暗衰减变化。曝光截止后，进行显像和清理等步骤。显像时，暗部的表面电位V_D关系到图像黑度，显像偏置电位的不同给出一预定对比度。最后，在感光材料放电时，其表面电位到达某一剩余电位V_R，并重复进行上述各步骤。

例如，在有机单层感光材料的情况下，饱和电位V_S通常为500V～1000V，而剩余电位为10V～80V，不过这些电位会因感光材料的种类而异。电位这样取的原因在于，尽管剩余电位V_R在原理上其值可接近零，但考虑放电光量增加太多会由于光损耗和生成光载体而引起麻烦，反之，对上述电位差的范围实现放电，则几乎没有问题。

所附图2和图3说明采用30mm直径的正充电型有机感光鼓（详况参阅后文所述比较例1和实验例1）时，用图4所示测量设备测得的感光鼓表面电位与曝光放电后表面电位之间的关系。图中，纵座标代表电位，横座标代表时间，曲线（1）代表感光鼓表面电位，曲线（2）代表放电后的剩余电位。曲线（1）的峰尖对应于感光鼓1的旋转。图2说明一以往技术的实例，图中感光鼓表面电位随转鼓次数逐步下降。图3说明本发明的实例，图中感光鼓表面电位与转鼓次数无关，稳定保持一给定值，停止逐步下降。

通过旋转正充电型有机感光鼓1重复作充电和曝光放电来进行测量，而感光鼓1外围有正电晕充电机构2、表面电位探测头3、曝光/放电机构4和放电后剩余电位探测头5（如图4）。

测量结果令人惊异，即感光鼓表面电位随转鼓次数逐步下降，则放电后剩余电位较高，并且由于电位累积，又随转鼓次数继续升高（图2），而鼓的表面电位与转鼓次数无关，保持恒定，则放电后剩余电位低，并且几乎不因电位累积而升高，也与转鼓次数无关（图3）。

根据上述本发明的实验结果，安排放电量使形成一张图像时，第一次旋转放电后剩余电位等于或小于10%的充电表面电位，而且最后一次旋转放电后该剩余电位的升高小于30%。因此，表面电位停止随转鼓次数逐步下降，一张图像的黑度也不会逐步降低，从而本发明成功地形成黑度和质量都均匀的图像。

此外，根据本发明，感光鼓直径小，其周长小于转鼓方向图像长度之半（采用A4规格的复印纸，并沿纸的长度方向传送时，感光鼓的直径等于或小于40mm，其中等于或小于30mm的格外突出），并通过多次转鼓来形成一张图像。因此，装置总体尺寸显著减小，可使个人复印机体积紧凑，能装在不大的地方，很适合于装入传真机、激光打印机等类设备中。

为了探索在通过多次转鼓来形成一张图像时，放电后剩余电位对表面电位的影响，本发明者又进行下列实验。结果发现下列引人注意的事实。首先，参阅解释实验原理的图5。铝坯管做的感光鼓6附近配置由钨丝7和屏蔽壳8组成的电晕充电器9，高压发生器（HV）10通过电流表A1连接钨丝7，屏蔽壳8通过电流表A2接地。又将感光鼓连接偏压电源11的正端，该电源的负端通过电流表A3接地。改变上述偏压，同时测量分别馈向钨丝7、屏蔽壳8和坯管6的电流Icc、Isc和Ipc。图6至图10画出Icc改变时的测量结果。

这些结果表明随着感光鼓6偏压的加大，屏蔽壳8的电流Isc增大，感光鼓6的电流Ipc减小。此处由于空中放电，Isc与Ipc之和小于馈向充电器的电流Icc。由上述结果可知，当感光材料的剩余电位V_R大于预定参考值时，流入感光材料的有效电流减小，因而感光材料的充电电位也下降。

根据本发明，利用增加曝光放电时的曝光量这种最简单的方法来降低放电后剩余电位，以满足上述参考值。然而，也可用施加与充电电位极性相反的偏压这种接触方法降低放电后剩余电位。

此外，采用感光材料所呈现光谱波长的单色光光源，实现感光材料表面吸光的曝光放电，都能避免曝光放电的暗衰减增大。

不用光，而用施加极性与充电极性相反的偏压这种接触法进行放电时，也使感光鼓表面电位与转鼓次数无关，停止逐步下降。成像周期多次重复，暗衰减的增大也被抑制。显像用的静电图像电位较高，形成黑度高的图像，而且感光材料抗磨损性能显著提高。

图11画出在以电刷改变放电时所加偏压的同时，用正充电型有机单层感光材料所测得的充电电位（上端）和放电后剩余电位（下端）。由图可知，通过偏置电位，剩余电位调整到一预定范围。

参阅说明本发明一电子照相装置的图12，在装有感光层10a的感光鼓6附近，安排作总充电的电晕充电器11a、图像曝光用的光学系统12、采用一种或两种成分显像剂的显像器13、传送调色剂的充电器14、分开复印纸的充电器15、剩余调色剂清理机构16和放电光源17。此装置中，按照图1所示步骤成像。也就是说，先用反极性充电调色剂显出暗部表面电位V_D的潜像，将此调色剂图像传至充电器14所加电场中的复印纸18上，再用充电器15将这张有调色剂图像的复印纸分开，并送往有热固定辊之类装置的下一处理区（未画出）。另外，感光10上留下的调色剂用机构16清除，并通过对光源17进行曝光放电。

采用激光束之类的光线对图像曝光时，通过用充电极性与潜像相同的调色剂作反转显像，可形成正像。

本发明所用感光鼓直径小，鼓面周长小于转鼓方向图像长度之半（例如鼓面外径等于或小于40mm，甚至小到20mm～30mm）。该感光鼓与成像周期相关，多次绕鼓卷动才可完成一次成像，也即转鼓多次来建立一张图像。例如，感光鼓直径30mm且要形成B4规格的像，则转数4次形成一张图像。若像的大小为A4，则转鼓6次形成一张图像。也即通过3次以上转鼓形成一张图像时，本发明的功效表现突出。

图13说明本发明的另一实施例的电子照相装置。除留有代替放电光源的接触放电机构20和施加与感光材料充电电位极性相反的偏压用的偏压电源19外，此装置与图12中的装置相同。

根据本发明，除上述曝光放电、采用电刷或滚轮的接触放电等两种机构外，还用交流放电作为放电机构。至于感光材料，可用任何已知的，如硒（非结晶硒、硒碲合金、硒砷合金等）、非结晶硅、有机物等感光材料。

至于有机感光材料，可举叠层型和单层型两种例子作说明。前者由含电荷生成物质的电荷生成层与含电荷迁移物质的电荷迁移层叠置而成，后者通过将电荷生成物质扩散到电荷迁移媒体来构成。电荷生成物质可用任何广为人知的有机感光颜料。其中，希望用酞花青、二萘嵌苯、喹吖酮、皮蒽酮、双偶氮、三偶氮等。

电荷迁移媒体可用将电荷迁移物质扩散到树脂中的。电荷迁移物质可用广为人知的空穴型或电子型的，以达到本发明的目的。空穴型迁移物质的优选例有聚-N-乙烯基咔唑、菲、N-乙基咔唑、2，5-二苯基-1，3，4-噁二唑、双-二乙氨苯-1，3，6-噁、4，4′-二乙氨基）-2，2′-二甲基三苯甲烷、2，4，5-三氨苯咪唑、2，5-双（4-二乙氨苯）-1，3，4-三偶氮、1-苯-3-（4-二乙氨苯乙烯基）-5-（4-二乙氨苯）-2-丙酮唑啉和P-二乙氨基苯醛-二苯腙等等。电子型迁移物质优选例有2-硝基-9-芴酮、2，7-二硝基-8-芴酮、2，4，7-三硝基-9-芴酮、2，4，5，7-四硝基-9-芴酮、2-硝基硫茚、2，4，8-三硝基噻吨酮、二硝基蒽、二硝基吖啶和二硝基蒽醌。

至于粘合树脂，可举出种种聚合物的例子，如：苯乙烯类、苯乙烯-丁二烯类、苯乙烯-丙烯腈类、苯乙烯-马来酸类、丙烯酸类、苯乙烯-丙烯酸类、苯乙烯-醋酸乙烯类、聚氯乙烯类、聚氯乙烯-醋酸乙烯类、聚酯类、醇酸树脂、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、聚碳酸树脂、多芳基化合物类、聚砜类、邻苯二甲酸二丙烯树脂，硅树脂、酮树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚醚树脂、酚树脂和光固化树脂（如丙烯酸环氧树脂、炳烯酸氨基甲酸乙酯树脂等）。

感光层中电荷生成物质的含量必须按重量每100份占0.1～50份，尤其是占0.5～30份。反之，电荷迁移物质的含量为按粘合树脂的重量每100份占20～500份，尤其是占30～200份。此外，感光层的厚度从获得高表面电位、高抗磨损性能和灵敏度的观点出发，应为10μm～40μm，尤其应为22μm～32μm。

至于感光鼓的衬底，常用铝坯管或以耐热铝处理的铝坯管。有机感光层的形成是用溶剂溶解上述树脂，然后在其中扩散电荷生成物质，以取得被覆膜。再将该膜加到导电衬底上。上述溶剂的例子有酰氨类溶剂（如N，N-二甲基甲酰氨），环醚（如四氢呋喃或二噁烷）、二甲亚砜、芳香族溶剂（如苯、甲苯或二甲苯）、酮（如甲基乙基酮等）、N-甲基-2-吡咯烷酮、酚（如甲酚等）。

采用正充电型有机单层光敏材料时，本发明优点表现突出。这时，另一优点是总充电时生成的臭氧少。上述材料的情况下，电荷生成物质应为二萘嵌苯类颜料、偶氨类颜料，或二者的组合，而电荷迁移层则为二苯酚合苯醌衍生物（如2，6-二甲基-2′，6′-二特二丁基二苯酚合苯醌等）、二胺类化合物（如3，3′-二甲基-N，N，N′，N′-四-甲基苯（1，1′-二苯）-4，4′-二胺等）、芴类化合物或腙类化合物。

可借助采用电晕管的电晕充电或带电刷、滚轮、叶片的熟知接触放电装置，进行总充电。一般总充电要达到饱和充电电位为500V～1000V，尤其要达到700V～850V。为此，电晕充电器要加高达4KV～7KV的电压。另外，接触充电时，充电装置要加的电压比感光材料起始充电电压大1.5～3倍。

在本发明的电子照相装置中，通过采用广为人知的机构的熟知装置进行图像曝光、显像、传送、分开纸张和清理。

在本发明中，首次转鼓的放电后剩余电位大于10%的充电表面电位时，或末次转鼓的放电后剩余电位比首次转鼓的放电后剩余电位升高30%以上时，则首次与末次转鼓的充电表面电位之间相差10V以上，从而在连续图像上显出黑度差。因此，重要的是设置放电条件，使放电后剩余电位小于上述值。

作曝光放电时，要求放电光量为感光材料表面半曝光量的10倍以上，尤其是20倍以上。至于放电灯，可用可见光光源，为卤素灯、荧光灯、冷阴极管、红绿氖光灯，也可用单色光光源，如红、黄、绿等颜色的发光二极管（LED）。

例如，图12所示装置作放电，并采用具有图14、图15所示特性的感光鼓，在SP（表面电位）置为800V时，照度应等于或大于20勒秒，等于或大于40勒秒较佳，100勒秒～300勒秒更佳。反之，若照度大于500勒秒，则产生光磨损之类负作用。

根据感光材料的光谱灵敏度特性采用红、黄或绿等单色光光源进行放电时，即使放电光量大，也可避免暗衰减增大之类的光磨损。

接触放电采用导电用的电刷、滚轮或叶片，并使之接触感光材料来实现放电。上述导电物一般应具有10¹～10⁰Ω·cm的电阻率，可用各种树脂或橡胶中掺入碳黑、金属粉或ITO之类导电颗粒作成。

要求导电物加的偏压极性与感光材料充电电位的极性相反，其值一般为感光材料充电电位绝对值的50%～125%，尤其为60%～90%。

后文诸例用的感光材料，其准备工作如下。

单层感光材料的准备。

将下列感光层配方散入颜料摇动器摇动两小时，以准备做单层感光层用的被覆液。所得被覆液浸涂外径为30mm的铝圆筒的表面后，在110℃下烘干30分钟，形成30μm厚的单层感光层，从而获得正充电型单层感光材料。

（成分）

双偶氮颜料（见结构式Ⅰ）  10份（按重量。下同）

3，3'-二甲基-N，N，N'N'-四-4-甲苯（1，1'-二苯）-4，4'-二胺  100份

3，3'-二甲基-5，5-二特丁基-4，4'-二酚

苯合二苯醌  30份

聚碳酸树脂  150份

环甲烷  800份

上述感光材料的性能测量如下：

（1）感光度评价方法。

采用GENTEC公司制的感光鼓灵敏度测试器，对感光材料加电压，使之充电到+800V，再用卤素灯光源的白光照射该材料一段规定的时间后，观察当时的电位降落，测量电子照相性能。

光源  卤素灯

光强度 147μW/cm²（无滤光器）

波长615nm时透射率为50%（详见图16）

照射时间  50msec

电位测量时间  起始曝光后300msec

测量结果 V_L（V）＝260，E_1/2＝18勒秒

其中V_L（V）为起始曝光300ms后的感光材料表面电位，E_1/2（勒秒）是按到达起始表面电位800V之半（即400V）的所要求时间算出的曝光量。

（2）光谱灵敏度特性评价方法

采用GENTEC公司制感光鼓测试器在下列条件下进行测量。

鼓表面电位  +800V（充电后经380ms暗衰减的电位）

照射光  将氖光灯的光用单色光镜分为单色光后照射

照射时间  1sec

光强度 调整ND滤光器，使鼓面光强度为10μW/cm²

在上述条件下进行测量，同时在450nm～700nm范围内改变照射光波长，每次改变25nm。

测量结果如图14所示，图中横座标代表照射光波长，纵座标代表E_1/2（勒秒）的反数。

（3）E-V特性测量方法

采用GENTEC公司制感光鼓在下列条件下进行测量。

鼓表面电位  +800V（充电后经380ms暗衰减的电位）

光源  卤素灯

滤光器  透射率50%（详见图16）

光强度  采用ND滤光器使之变化

照射时间  50msec

电位测量时间  起始曝光后300msec。

在上述条件下测量，同时不断改变光量。测量结果如图15所示，图中横座标代表无滤光器时的曝光量，纵座标代表所测得的电位。

（例1～例5，比较例1～比较例3）

充电表面电位和放电后剩余电位的测量

将上面准备好的单层感光材料装到图4的装置1上，装置1周围有正电晕充电机构2、表面电位探测头3、曝光/放电机构4和放电后剩余电位探测头5。按下列条件将单层感光材料旋转四次，以重复曝光放电，并用探测头3测量表面电位Vsp（V），用探测头5测量放电后剩余电位Vrp（V）。各次旋转所测结果如表1所示。

正电晕充电机构2（电晕管栅极与正充电型有机感光鼓之间的距离为1mm）：用电晕管充电，其电流调整得使各例和各比较例呈现表1所示第1次旋转后表面电位，并在第2～第4次旋转时也加此电流。曝光/放电机构4（通过与有机感光鼓保持10mm距离的丙烯酸树脂透明盖板曝光）：采用钨灯（24V-11W），用表1所示照射光量充电来进行实验。

这些测量结果表明采用13勒秒～17勒秒放电光量的各比较例中，剩余电位高，而且其升高率高达40%～44%。

（例6）

用与例1相同的方法进行测量，但不用图4中的曝光/放电机构4，而代之以安装-电刷接触放电机构（材料：碳化纤维，偏压：-500V）。其测量结果如表2所示。

根据这些结果，采用电刷作为放电装置，而且加上极性与感光材料极性相反的-500V电压时，剩余电位不大，而且其升高率为零。

（例7、例8和比较例4）

在进行与例1相同的实验时，不用钨灯，而用单色发光二极管。所得结果列于表3。

采用此光源时，感光材料的半曝光量为1.6勒秒。上述结果表明，采用单色光时，第4次旋转的剩余电位升高不多，效果显著。

本发明的电子照相装置采用外径小的感光鼓，鼓面周长小于转鼓方向图像长度之半，转鼓多次才形成一张图像。根据本发明的这种装置，放电量安排得使放电后剩余电位小于一预定值，由此制止图像黑度随转鼓次数逐步降低，整张图像呈现黑度均匀性改善，图像质量也提高。

即使在采用施加极性与充电电位极性相反的偏压和接触放电，使成像周期重复多次的情况下，也显著制止表面电位因暗衰减而下降，因而抗磨损性能大为改善。

因此，总体上可极大减小装置体积，减小安装面积及其容积，从而便于装入传真机、激光打印机等设备中。

Claims (9)

1、一种通过使感光鼓接受充电、图像曝光和放电而形成图像的电子照相装置，其特征在于感光鼓外径小，鼓面周长小于转鼓方向图像长度之半，该鼓与图像形成周期相关，多次转鼓后才形成一张图像，而且放电量安排成形成一张图像时，首次转鼓的放电后剩余电位等于或小于10%的充电表面电位，末次转鼓放电后剩余电位的升高小于30%。

2、根据权利要求1的电子照相装置，其特征在于感光材料为正充电型单层有机感光材料。

3、根据权利要求1的电子照相装置，其特征在于感光材料是一种将电荷生成物质扩散于电荷迁移媒体中而制得的材料。

4、根据权利要求1的电子照相装置，其特征在于感光鼓旋转三次或三次以上才形成一张图像。

5、根据权利要求1的电子照相装置，其特征在于感光材料充电成饱和充电电位（V_S）在500～1000V的范围内。

6、根据权利要求1的电子照相装置，其特征在于通过用10倍或10倍以上感光材料半曝光量的光量作曝光来实现放电。

7、根据权利要求1的电子照相装置，其特征在于通过用钨灯，以20勒秒或更大的光量作曝光来实现放电。

8、根据权利要求1的电子照相装置，其特征在于通过采用具有感光材料所呈现光谱波长的单色光光源作曝光来实现放电。

9、根据权利要求1的电子照相装置，其特征在于采用施加极性与充电电位极性相反的偏压作接触放电的方法实现放电。

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